¿Qué significa el campo de visión en la visión artificial?

El campo de visión (FOV) en un sistema de visión artificial se refiere al área visible para la cámara en cualquier momento. En este contexto, el FOV actúa como la ventana a través de la cual el sistema observa su entorno. Un FOV más amplio captura una mayor parte de la escena, pero con menos detalle, mientras que un FOV más estrecho enfoca áreas más pequeñas con mayor claridad. Seleccionar el FOV correcto es crucial para cualquier sistema de visión artificial con FOV. El FOV afecta directamente la forma en que un sistema de visión artificial realiza tareas como el control de calidad, la inspección y la automatización. Los estándares de la industria resaltan la necesidad de adecuar el FOV al tamaño del sensor y los requisitos de la aplicación. El FOV también determina la eficiencia y la precisión de un sistema de visión artificial con FOV en entornos reales. Muchos sistemas dependen del FOV para equilibrar la cobertura y el detalle.

Puntos clave

• El campo de visión (FoV) es el área a cámara de visión artificial puede ver a la vez y afecta qué tan bien el sistema inspecciona y mide los objetos.
• La elección del campo de visión correcto equilibra la visión suficiente de la escena y la captura de suficientes detalles para detectar pequeños defectos con precisión.
• Tamaño del sensor, longitud focal de la lente, y la distancia de trabajo son los factores principales que determinan el campo de visión y deben combinarse cuidadosamente.
• El cálculo del campo de visión con fórmulas ayuda a los ingenieros a seleccionar la cámara y la lente adecuadas para cubrir el área necesaria con la resolución adecuada.
• Probar el sistema con objetos reales e iluminación antes de finalizarlo garantiza imágenes claras y una detección confiable de defectos.

Campo de visión en el sistema de visión artificial

¿Qué es el campo de visión?

La sección campo de visión En un sistema de visión artificial, describe el área que la cámara puede ver en un momento dado. Esta área actúa como la ventana del sistema al mundo. El campo de visión, a menudo llamado FoV, es un factor clave en la eficacia de un sistema de visión artificial.

El campo de visión actúa como los "ojos" del sistema. Determina lo que la cámara puede inspeccionar, medir o analizar. Un campo de visión amplio permite al sistema ver más de la escena, pero puede perder detalles. Un campo de visión estrecho se centra en un área más pequeña, capturando detalles más finos, pero perdiendo la visión general.

El campo de visión en un sistema de visión artificial funciona de manera muy similar a la visión humana, pero con algunas diferencias importantes:

• Los sistemas de visión 2D capturan imágenes en las direcciones X e Y. No pueden ver la profundidad, por lo que pierden información sobre el eje Z. Esto limita su capacidad para manejar formas 3D complejas.
• Los sistemas 2D dependen de una buena iluminación. Presentan dificultades con superficies brillantes o de bajo contraste, lo que puede reducir el campo de visión efectivo y la precisión.
• Los sistemas de visión 3D añaden profundidad al capturar datos a lo largo de los ejes X, Y y Z. Utilizan múltiples cámaras o sensores para construir un modelo 3D, de forma similar a cómo trabajan juntos los ojos humanos.
• Los sistemas 3D pueden cubrir escenas más complejas, pero requieren mayor hardware y potencia de procesamiento. También son más costosos y requieren una configuración cuidadosa.
• La visión humana combina de forma natural la profundidad y un amplio campo de visión. Los sistemas de visión artificial requieren configuraciones especiales e iluminación controlada para lograr esta capacidad.

El campo de visión en un sistema de visión artificial no se limita a lo que ve la cámara. También determina el funcionamiento del sistema. El campo de visión define el área donde el sistema puede:

1. Localizar objetos y características.
2. Cuente los elementos dentro del área visible.
3. Mide distancias entre puntos, sin tocar los objetos.
4. Decodificar códigos de barras u otros códigos legibles por máquina.

El campo de visión (FOV) debe ajustarse a las necesidades de la tarea de inspección o medición. Si el campo de visión es demasiado amplio, el sistema podría pasar por alto pequeños defectos. Si es demasiado pequeño, el sistema podría no visualizar el objeto completo.

Campo de visión (FOV) y sensor de cámara

El sensor de la cámara desempeña un papel fundamental en la definición del campo de visión de un sistema de visión artificial. El tamaño del área activa del sensor determina la proporción de imagen que la cámara puede capturar. Los sensores más grandes pueden ver un área más amplia con el mismo aumento de lente. Esto se traduce en un campo de visión mayor. Sin embargo, la lente debe ser capaz de cubrir todo el sensor. De lo contrario, la imagen presentará esquinas o bordes oscuros, un problema conocido como viñeteado.

El campo de visión depende tanto del tamaño del sensor como de la longitud focal de la lenteAumentar el tamaño del sensor aumenta el campo de visión angular de una lente determinada. Esto permite que el sistema utilice una mayor parte del círculo de imagen de la lente, lo que proporciona un campo de visión más amplio. La lente y el sensor deben funcionar en conjunto. Si el sensor es demasiado grande para la lente, la calidad de la imagen disminuye en los bordes.

El campo de visión de la cámara también varía con el aumento. Una diagonal mayor del sensor proporciona un campo de visión mayor. Un aumento mayor reduce el campo de visión. Por ejemplo, una cámara con un sensor diagonal de 25 mm con un aumento de 1x puede ver un área de 25 mm. Con un aumento de 40x, el campo de visión se reduce a aproximadamente 625 micrómetros.

Las cámaras de visión artificial industriales utilizan sensores que se miden en pulgadas, como 1/3", 1/2", 2/3" y 1". La diagonal del sensor define el tamaño mínimo del círculo de imagen de la lente. Por ejemplo, un sensor de una pulgada necesita una lente con un círculo de imagen de al menos una pulgada. Si el círculo de imagen de la lente es demasiado pequeño, el campo de visión se verá limitado y la imagen podría verse recortada u oscurecida en los bordes.

Consejo: Al diseñar un sistema de visión artificial con campo de visión, siempre ajuste el tamaño del sensor al de la lente. Esto garantiza que el sistema capture la imagen completa sin perder calidad.

El sistema de visión artificial con campo de visión se basa en la combinación adecuada de tamaño de sensor, lente y aumento. Este equilibrio ayuda al sistema a lograr la cobertura y el detalle necesarios para cada aplicación. Los sistemas de visión que utilizan sensores más grandes y las lentes adecuadas pueden inspeccionar áreas más extensas o capturar más detalles, según la tarea.

Por qué es importante el campo de visión

Impacto en la inspección

El campo de visión desempeña un papel fundamental en los procesos de inspección para el control de calidad y la automatización industrial. Un campo de visión bien seleccionado garantiza que la cámara capture el área correcta para las inspecciones, equilibrando la cobertura y el detalle. Si el campo de visión es demasiado amplio, el sistema distribuye los píxeles sobre un área mayor, lo que reduce la densidad de píxeles y la precisión en la detección de defectos. Un campo de visión más estrecho aumenta la densidad de píxeles, lo que permite al sistema detectar defectos más pequeños, pero puede pasar por alto partes del objeto que quedan fuera de la vista. El campo de visión también afecta el tamaño del archivo de imagen y la velocidad de procesamiento. Las imágenes más grandes con un campo de visión estrecho requieren más almacenamiento y ralentizan los procesos de inspección, lo que puede afectar el control de calidad en tiempo real en la automatización industrial.

Un campo de visión equilibrado ayuda a los sistemas de visión a mantener la velocidad y la precisión durante las inspecciones. Centrarse en las regiones de interés y usar hardware más rápido puede contribuir a la eficiencia de los procesos de inspección sin sacrificar la detección de defectos.

La siguiente tabla muestra cómo diferentes factores relacionados con el campo de visión impactan en la inspección por visión artificial:

Campo de visión y resolución

La relación entre el campo de visión y Resolución Los requisitos determinan la eficacia del control de calidad en la automatización industrial. El campo de visión abarca el área que debe inspeccionarse, mientras que la resolución determina la cantidad de detalle que el sistema puede capturar dentro de esa área. Un campo de visión más amplio permite que la cámara visualice una mayor parte del objeto, pero reduce la resolución por unidad de área. Esto dificulta la detección de pequeños defectos. Un campo de visión más pequeño aumenta el detalle capturado, facilitando la detección de pequeños defectos, pero limita la cobertura.

• El campo de visión debe cubrir todas las características que necesitan inspección.
• Tamaño del sensor y aumento de lente Establezca el campo de visión. Aumentar el tamaño del sensor aumenta el campo de visión, mientras que reducirlo lo disminuye.
• La resolución mide la precisión con la que el sistema reproduce los detalles de los objetos. Las características demasiado próximas podrían no resolverse si el campo de visión es demasiado amplio.
• Los sensores de mayor resolución pueden capturar detalles más finos dentro del mismo campo de visión, pero solo si la óptica admite ese nivel de detalle.
• Siempre hay una compensación: un campo de visión más grande cubre más área pero puede reducir la capacidad de detectar pequeños defectos, mientras que un campo de visión más pequeño aumenta la sensibilidad de detección.

El tamaño mínimo detectable del objeto depende del campo de visión. Por ejemplo, con un campo de visión de 60 mm, 1200 píxeles en la dirección Y y un tamaño mínimo detectable de 2 píxeles, el objeto más pequeño que el sistema puede detectar es de 0.1 mm. Al aumentar el campo de visión, se incrementa el tamaño mínimo detectable, lo que dificulta la detección de defectos pequeños. Al reducir el campo de visión, el sistema puede capturar más detalles, mejorando la detección de defectos y la calidad general de la imagen.

Factores que afectan el campo de visión

Tamaño del sensor

El tamaño del sensor desempeña un papel fundamental a la hora de determinar el campo de visión en los sistemas de visión artificial. Los sensores más grandes capturan un campo de visión más amplio con la misma lente. Los sensores más pequeños reducen el campo de visión, mostrando una menor parte de la escena. Los tamaños de sensor más comunes incluyen 1", 1/2", 1/3" y 1/4". Estos nombres provienen de antiguos tubos de cámaras de vídeo, no de medidas reales. Por ejemplo, un sensor de 1" tiene una diagonal de unos 16 mm. Los ingenieros suelen utilizar el número de píxeles y la distancia entre píxeles para calcular con precisión el campo de visión. El factor de recorte compara el tamaño del sensor con el de un sensor de fotograma completo. Un factor de recorte mayor amplía la imagen y reduce el campo de visión. Comprender el tamaño del sensor ayuda a seleccionar la lente adecuada y garantiza que el campo de visión se adapte a la aplicación.

Longitud focal de la lente

La distancia focal de un objetivo afecta directamente el campo de visión. Las distancias focales más cortas ofrecen un campo de visión más amplio, lo que permite a la cámara abarcar una mayor parte de la escena. Las distancias focales más largas crean un campo de visión más estrecho, enfocando áreas más pequeñas con más detalle. La fórmula FOV = 2 × arctan(tamaño del sensor / 2f) muestra esta relación. Por ejemplo, un objetivo de 8 mm puede capturar el ancho completo de una cinta transportadora desde una distancia determinada, lo que proporciona un campo de visión amplio. Los objetivos estándar tienen distancias focales de alrededor de 50 mm, mientras que los objetivos gran angular están por debajo de 50 mm. Los teleobjetivos superan los 50 mm y ofrecen un campo de visión estrecho para una inspección detallada. Los objetivos con zoom permiten modificar el campo de visión, pero pueden reducir la resolución. Los objetivos telecéntricos mantienen constante el aumento, lo que facilita la precisión de las mediciones.

Distancia de trabajo

Distancia de trabajo Se refiere al espacio entre la lente de la cámara y el objeto. Esta distancia modifica el campo de visión. A medida que aumenta la distancia de trabajo, el campo de visión (FOV) se amplía, permitiendo que la cámara capture más del objeto. La relación es casi lineal. Por ejemplo, duplicar la distancia de trabajo casi duplica el campo de visión, si la lente y el sensor permanecen iguales. La fórmula FOV_l = 2 × (WD × tan(θ/2)) vincula la distancia de trabajo, el campo de visión angular y el campo de visión lineal. Ajustar la distancia de trabajo ayuda a que todo el producto se ajuste al campo de visión de la cámara, lo cual es importante tanto para objetos pequeños como grandes.

Campo de visión angular

El campo de visión angular describe el ángulo que la cámara puede ver a través del objetivo. La fórmula FOV = 2 × arctan(tamaño del sensor / 2f) calcula este ángulo. Un campo de visión angular mayor significa que la cámara capta una mayor parte de la escena. Los objetivos gran angular aumentan el campo de visión angular, mientras que los teleobjetivos lo reducen. Los objetivos gran angular rectilíneos mantienen las líneas rectas, lo que ayuda a reducir la distorsión. Los objetivos ojo de pez pueden mostrar aún más, pero curvan las líneas y causan distorsión de barril. La elección del objetivo afecta al campo de visión angular y a la calidad de la imagen. En visión artificial, un campo de visión angular bien elegido ayuda a detectar, identificar y medir objetos con precisión.

Nota: El tamaño del producto, la distancia de trabajo y la selección de la lente influyen en el campo de visión. Para productos largos, el ancho es clave. Para productos pequeños, el campo de visión debe cubrir toda la superficie en un solo fotograma. La compatibilidad del sensor, la lente y la distancia de trabajo garantiza que el sistema capture el área correcta para la inspección.

Calcular el campo de visión FoV

fórmula básica

Para calcular el campo de visión En un sistema de visión artificial, los ingenieros utilizan fórmulas sencillas. El campo de visión depende del tamaño del sensor, la distancia focal del objetivo y la distancia de trabajo. Usar la fórmula correcta ayuda a garantizar que la cámara capture el área correcta para la inspección o medición.

A continuación se muestra una tabla que muestra las fórmulas más comunes:

Nota: Utilice siempre las mismas unidades para el tamaño del sensor, la distancia focal y la distancia de trabajo. Por ejemplo, utilice milímetros para todas las medidas.

Pequeños errores en el tamaño del sensor o la distancia focal pueden causar errores importantes en el cálculo del campo de visión. Verifique todos los valores antes de finalizar el diseño.

Ejemplo paso a paso

Un enfoque paso a paso ayuda a los ingenieros a calcular el campo de visión para una aplicación real. A continuación, un ejemplo sencillo:

1. Define la característica más pequeña a detectar.
   Supongamos que la característica más pequeña es 0.25 mm.

2. Establezca el campo de visión requerido.
   El objeto a inspeccionar mide 40 mm de ancho y 30 mm de alto.

3. Decide la cantidad de píxeles necesarios en la característica más pequeña.
   Muchos ingenieros utilizan 4 píxeles por característica para una detección confiable.

4. Calcular la resolución espacial.
   Resolución espacial = Tamaño de la característica / Píxeles deseados
   0.25 mm / 4 = 0.0625 mm/píxel

5. Calcular la resolución de imagen requerida.
   Ancho de campo / Resolución espacial = 40 mm / 0.0625 mm = 640 píxeles
   Altura del campo / Resolución espacial = 30 mm / 0.0625 mm = 480 píxeles

6. Elija una cámara con al menos 640 × 480 píxeles.
   Seleccione un sensor que cumpla o supere esta resolución.

7. Calcular aumento.
   Aumento = Ancho del sensor / Ancho del campo
   Si el ancho del sensor es de 6.4 mm, entonces 6.4 mm / 40 mm = 0.16x

8. Estimar la distancia focal de la lente.
   Usa la fórmula:
   Longitud focal = (Ancho del sensor × Distancia de trabajo) / Ancho del campo
   Si la distancia de trabajo es de 200 mm:
   Distancia focal = (6.4 mm × 200 mm) / 40 mm = 32 mm

9. Seleccione una lente con una distancia focal cercana a 32 mm.
   Asegúrese de que la lente coincida con el tamaño y la montura del sensor.

Consejo: Pruebe el sistema completo con objetos e iluminación reales antes de finalizar el diseño. Esto ayuda a evitar imágenes borrosas o defectos que no se detecten.

Cómo elegir el campo de visión adecuado

Seleccionar el campo de visión adecuado para una tarea de visión artificial requiere una planificación minuciosa. El campo de visión debe cubrir toda el área que se va a inspeccionar, a menudo ligeramente mayor que el objeto. Esto garantiza que la cámara capture todos los detalles necesarios.

Puntos clave a considerar:

• El campo de visión depende de la combinación de lente y sensor de la cámara.
• La distancia de trabajo debe permitir que la cámara enfoque nítidamente el objeto dentro del campo de visión.
• El círculo de imagen de la lente debe cubrir completamente el sensor para evitar esquinas oscuras o viñeteado.
• El tipo de lente debe ser adecuado para la aplicación. Por ejemplo, las lentes telecéntricas facilitan mediciones precisas al reducir la distorsión.
• La distancia focal debe adaptarse a la distancia de trabajo y al campo de visión requerido.
• La resolución de la cámara y la calidad de la lente deben equilibrarse para obtener imágenes nítidas.
• La compatibilidad de montaje entre la cámara y el objetivo es esencial.

Los errores comunes en los cálculos del campo de visión incluyen:

• Pasando por alto el tamaño del objeto, la detección de características más pequeñas o la distancia de trabajo.
• Confundir distancia de trabajo con campo de visión.
• Cambiar el tamaño del sensor tarde en el proceso de diseño.
• Ignorando la compatibilidad lente-cámara o los efectos de iluminación.
• No deja suficiente espacio para la instalación de la cámara y la lente.

Aviso: Enumere todos los requisitos antes de comenzar. Estos incluyen el tamaño del objeto, la distancia de trabajo, el tamaño del sensor y las necesidades de iluminación. Adapte la distancia focal del objetivo, el tamaño del sensor y la distancia de trabajo utilizando las fórmulas anteriores.

Los requisitos de la aplicación influyen en la selección del campo de visión:

• El amplio campo de visión es adecuado para inspecciones de cintas transportadoras o vehículos autónomos, donde la cámara debe ver áreas grandes.
• El campo de visión estrecho con mayor aumento se adapta a la lectura de códigos de barras o la inspección de piezas pequeñas.
• Las lentes ajustables o con zoom ayudan en entornos con objetos de tamaño cambiante.
• Para inspecciones de posición fija, el campo de visión debe ser apenas más grande que el objeto.
• Para entornos complejos, como la robótica o la navegación, se necesita un ángulo de visión amplio para detectar todos los peligros.

Seleccionar el campo de visión adecuado mejora la eficiencia y la precisión. Un campo de visión adecuado garantiza que el sistema capture el área correcta con el detalle necesario para cada aplicación.

La selección del campo de visión correcto en visión artificial determina el éxito en el control de calidad y la automatización industrial. La siguiente tabla destaca los parámetros clave:

Para optimizar el campo de visión, los ingenieros deben:

• Ajuste la cámara y la iluminación para obtener imágenes claras.
• Utilice calculadoras de lentes de Edmund Optics o Cognex.
• Planifique el futuro desde el principio del diseño para evitar cambios costosos.

Un campo de visión bien elegido garantiza una inspección confiable y un rendimiento eficiente del sistema.

Preguntas Frecuentes

¿Qué significa fov en un sistema de visión artificial?

Fov Significa campo de visión. Describe el área que una cámara puede ver simultáneamente. Los ingenieros utilizan el campo de visión para determinar qué parte de un objeto o escena puede inspeccionar o medir el sistema.

¿Cómo afecta el tamaño del sensor al campo de visión?

Un sensor más grande proporciona un campo de visión más amplio para la misma lente. Un sensor más pequeño reduce el campo de visión. Los ingenieros eligen el tamaño del sensor según el área que necesitan capturar y el detalle requerido para la inspección.

¿Por qué es importante el fov para el control de calidad?

El campo de visión (FOV) ayuda al sistema a localizar el área correcta para la inspección. Si el campo de visión es demasiado amplio, pequeños defectos podrían pasar desapercibidos. Si es demasiado estrecho, el sistema podría pasar por alto partes del objeto. Una selección adecuada del campo de visión mejora la precisión.

¿Pueden los ingenieros cambiar el campo de visión después de instalar un sistema?

Los ingenieros pueden modificar el campo de visión cambiando las lentes, ajustando la distancia de trabajo o utilizando un sensor diferente. Sin embargo, modificar el campo de visión puede requerir recalibrar el sistema para mantener la calidad de la imagen y la precisión de la medición.

¿Qué herramientas ayudan a calcular el campo de visión correcto?

Los ingenieros utilizan calculadoras de lentes, tablas y herramientas de software para encontrar el campo de visión óptimo. Estas herramientas ayudan a ajustar el tamaño del sensor, la distancia focal del lente y la distancia de trabajo. Las pruebas con objetos reales garantizan el correcto funcionamiento del campo de visión elegido.

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